JP4169896B2 - 薄膜トランジスタとその製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、薄膜トランジスタ(Thin Film Transistor, 以下、TFTと記す)とその製造方法に関し、特にソース/ドレインの低抵抗配線材料として銅を用いたTFTの構造に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
図6は、従来一般のTFT型液晶表示装置において、逆スタガ型のTFT、ゲート配線、ソース配線等を備えたTFTアレイ基板の一構造例を示すものである。このTFTアレイ基板では、図6に示すように、ガラス等からなる透明基板上に、ゲート配線50とソース配線51がマトリクス状に配設されている。そして、ゲート配線50とソース配線51とで囲まれた領域が一つの画素52となり、各画素52毎にTFT53が設けられている。最近、この種の液晶表示装置、半導体デバイス等に用いられる配線材料として、低抵抗材料である銅の使用が脚光を浴びている。そこで、銅をTFTアレイ基板に適用した一例を以下に示す。図4はこのTFTアレイ基板を示す断面図、図5はその製造プロセスを示す工程断面図である。
【0003】
このTFT53は、図4に示すように、透明基板54上にゲート配線50から引き出されたゲート電極55が設けられ、ゲート電極55を覆うようにゲート絶縁膜56が設けられている。ゲート電極55上方のゲート絶縁膜56上にアモルファスシリコン(a−Si)からなる半導体能動層57が設けられ、リン等のn型不純物を含むアモルファスシリコン(a−Si:n+ )からなるオーミックコンタクト層58を介して半導体能動層57上からゲート絶縁膜56上にわたってソース配線51から引き出されたソース電極59およびドレイン電極60が設けられている。これらソース配線51、ソース電極59、ドレイン電極60は銅により形成されている。
【0004】
ところで、ソース電極59、ドレイン電極60に銅を用いる場合、半導体能動層57をなすシリコンと銅とを直接接触させると、シリコンと銅の密着性の低さに起因する銅の膜剥がれ、もしくはシリコン中への銅の拡散によるTFTの特性劣化等の問題が生じてしまう。そこで、銅の下地としてチタン、モリブデン等の金属層をバリアメタル層61として介在させ、ソース配線51、ソース電極59およびドレイン電極60をバリアメタル/銅の2層構造としている。
【0005】
そして、これらソース電極59、ドレイン電極60、ゲート電極55等で構成されるTFT53を覆うパッシベーション膜62が設けられ、ドレイン電極60上のパッシベーション膜62にコンタクトホール63が設けられている。さらに、このコンタクトホール63を通じてドレイン電極60と電気的に接続されるインジウム錫酸化物(Indium Tin Oxide,以下、ITOと記す)等の透明性導電膜からなる画素電極64が設けられている。
【0006】
また、図4における破断線より左側の部分は、表示領域外に位置するゲート配線端部のゲート端子パッド部65の断面構造を示している。この図に示すように、透明基板54上のゲート配線材料からなる下部パッド層66上にゲート絶縁膜56およびパッシベーション膜62を貫通するコンタクトホール67が設けられ、コンタクトホール67を通じて下部パッド層66と電気的に接続される画素電極64と同一の透明性導電膜からなる上部パッド層68が設けられている。
【0007】
この薄膜トランジスタアレイ基板を製造する際には、まず、図5(a)に示すように、透明基板54上に導電膜を成膜し、これをパターニングしてゲート電極55およびゲート配線50を形成する。また、ゲート端子パッド部65に下部パッド層66を形成する。
【0008】
次に、図5(b)に示すように、これらゲート電極55およびゲート配線50を覆うゲート絶縁膜56を形成した後、a−Si膜(半導体能動層57となる)、a−Si:n+ 膜69を順次成膜し、一つのフォトマスクを用いてこれらa−Si膜、a−Si:n+ 膜69を一括してパターニングすることによりゲート電極55上にゲート絶縁膜56を介してアイランド70を形成する。
【0009】
次に、図5(c)に示すように、全面にチタン、モリブデン等のバリアメタル膜61、銅膜71を順次成膜した後、これら銅膜71、バリアメタル膜61をパターニングしてドレイン電極60、ソース電極59およびソース配線51を形成し、さらにa−Si膜のチャネル部上のa−Si:n+ 膜69を除去してa−Si:n+ 膜69からなるオーミックコンタクト層58を形成する。
【0010】
次に、図5(d)に示すように、全面にパッシベーション膜62を成膜し、これをパターニングすることによりドレイン電極60上および下部パッド層66上のパッシベーション膜62を一部開口し、ドレイン電極60と画素電極64を電気的に接続するためのコンタクトホール63、下部パッド層66と上部パッド層68を電気的に接続するためのコンタクトホール67をそれぞれ形成する。
【0011】
最後に、図5(e)に示すように、全面にITO膜を成膜し、これをパターニングすることにより画素電極64および上部パッド層68を形成する。このような工程を経て、図4に示す従来のTFTアレイ基板が完成する。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のTFTアレイ基板においては、以下のような問題があった。
すなわち、ソース/ドレイン電極がバリアメタル層(チタン、モリブデン等)と銅の積層構造であるため、この積層膜をエッチング加工する際にチタンやモリブデン等と銅の間で電池反応が起こり、パターンの側面でバリアメタル層のアンダーカットが生じてしまう。この部分でアンダーカットが生じると、TFTのオフ電流が大きくなり、液晶表示装置に用いたときに残像が多くなるという問題が生じる。また、バリアメタル層のアンダーカットにより配線幅のコントロールが難しくなるため、TFTの所望の特性が得られないという問題もあった。さらに、せっかく低抵抗材料である銅を用いていながら、銅よりも抵抗が高いバリアメタル層が下地にあるため、低抵抗の銅の利点が充分に生かされなかった。
【0013】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、ソース/ドレイン電極材料に銅を用いた場合の加工時のバリアメタル層のアンダーカットに起因する特性不良を防止し、低抵抗配線が充分に実現できるTFTの構造とその製造方法を提供することを目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明のTFTは、基板上に設けられたゲート電極と、ゲート電極を覆うよう設けられたゲート絶縁膜と、ゲート絶縁膜上にゲート電極に対向して設けられた半導体能動層と、半導体能動層の両側端部上に離間してそれぞれ設けられた不純物半導体層からなるオーミックコンタクト層と、各オーミックコンタクト層を介して半導体能動層にそれぞれ電気的に接続されたソース電極およびドレイン電極とを有し、ソース電極およびドレイン電極が銅により形成され、これらソース電極およびドレイン電極の下面のうち、各オーミックコンタクト層の上面上に位置する領域にのみバリアメタル層が設けられたことを特徴とするものである。
【0015】
従来のTFTの構造において、ソース/ドレイン電極材料に銅を用いる場合、銅層の下面の全面にバリアメタル層が存在しており、電極(配線)全体が2層構造であるのが通常であった。これに対して、本発明のTFTの構造は、ソース/ドレイン電極の下面のうち、オーミックコンタクト層の上面上に位置する領域にのみバリアメタル層を設け、それ以外の領域、すなわちゲート絶縁膜の上面上に位置する領域にはバリアメタル層を設けない構造とした。
【0016】
この構造を実際に形成しようとすると、バリアメタル層と銅層とを一括してパターニングするわけにはいかず、バリアメタル層を一旦パターニングした後、銅層を成膜することになる。したがって、バリアメタル層と銅の積層膜を一括エッチング加工していた従来の場合と異なり、エッチング時の電池反応に起因したバリアメタル層のアンダーカットが生じることがない。その結果、バリアメタル層のアンダーカットにより生じるTFTの特性不良を防止することができる。さらに、バリアメタル層が存在する部分がオーミックコンタクト層の形成領域のみであり、例えばソース配線の部分は銅のみで形成されているため、従来に比べて配線の低抵抗化を図ることができる。
【0017】
前記バリアメタル層の材料としては、チタン、モリブデン、タンタル、クロム、タングステンの中から選ばれる一つの金属、または複数の金属からなる合金を使用することができる。
【0018】
本発明のTFTの製造方法は、基板上に導電膜を成膜しこれをパターニングすることによりゲート電極を形成し、ゲート電極を覆うゲート絶縁膜、半導体膜、不純物を添加した不純物半導体膜、およびバリアメタル膜を順次成膜し、バリアメタル膜、不純物半導体膜、および半導体膜をパターニングすることにより半導体膜からなる半導体能動層、不純物半導体膜、およびバリアメタル膜が積層されてなるアイランドを形成し、アイランドおよびゲート絶縁膜を覆う銅膜を成膜しこれをパターニングすることによりアイランド上からゲート絶縁膜上にわたって延在するソース電極およびドレイン電極を形成し、ついで、これらソース電極およびドレイン電極をマスクとしてバリアメタル膜および不純物半導体膜をエッチング、除去することにより半導体能動層上の両側端部上に不純物半導体膜からなるオーミックコンタクト層とバリアメタル膜とを残存させることを特徴とするものである。
【0019】
このTFTの製造方法によれば、本発明のTFTの構造を形成することができる。上述したように、本発明のTFT構造の場合、バリアメタル膜のパターニングと銅膜のパターニングは別工程となるが、ゲート絶縁膜、半導体膜、不純物半導体膜、バリアメタル膜の4層を順次成膜した後、バリアメタル膜、不純物半導体膜、半導体膜のパターニングにより、半導体能動層、不純物半導体膜、バリアメタル膜が積層されてなるアイランドを形成する。すなわち、本発明のTFTの製造方法の場合、バリアメタル膜はアイランド形成工程において半導体能動膜、不純物半導体膜とともにパターニングされるのであって、バリアメタル膜のみ個別でパターニングを行うわけではない。よって、従来の製造プロセスに比べても使用するフォトマスク数が増えずに済む。
【0020】
また、上記の製造方法において、ゲート絶縁膜、半導体膜、不純物半導体膜、およびバリアメタル膜の成膜を、大気に接触させることなく連続的に行うことが望ましい。このように、4層連続成膜を行った場合、これら4層の膜の間に酸化膜が形成されることがなく、TFTの特性に悪影響を及ぼすことがない。また、酸化膜除去工程を省略することができ、工程数の低減を図ることができる。
【0021】
この種の成膜は例えばCVD法を用いて実現することができ、1台のCVD装置において原料ガスの切換えにより、例えばシリコン酸化膜またはシリコン窒化膜からなるゲート絶縁膜、アモルファスシリコンまたは多結晶シリコンからなる半導体膜および不純物半導体膜、種々の金属からなるバリアメタル膜を成膜することが可能である。特に、バリアメタル膜に関しては、有機金属CVD法(Metal Organic Chemical Vapor Deposition,以下、MOCVD法と称する)を用いることにより、4層全ての膜をCVD法で形成することができる。
【0022】
本発明の他の薄膜トランジスタは、上記本発明の薄膜トランジスタの基本構成において、前記バリアメタル層がチタンからなり、前記ソース電極および前記ドレイン電極と前記バリアメタル層との間にチタン酸化物層を有していることを特徴とするものである。
【0023】
本発明の他の薄膜トランジスタの製造方法は、基板上に導電膜を成膜しこれをパターニングすることによりゲート電極を形成し、該ゲート電極を覆うゲート絶縁膜、半導体膜、不純物を添加した不純物半導体膜、およびチタンからなるバリアメタル膜を順次成膜し、前記バリアメタル膜、前記不純物半導体膜、および前記半導体膜をパターニングすることにより前記半導体膜からなる半導体能動層、前記不純物半導体膜、および前記バリアメタル膜が積層されてなるアイランドを形成し、該アイランドおよび前記ゲート絶縁膜を覆う銅膜を成膜し該銅膜と前記バリアメタル膜とを同一のエッチング剤を用いてパターニングすることにより前記アイランド上から前記ゲート絶縁膜上にわたって延在するソース電極およびドレイン電極を形成し、ついで、これらソース電極およびドレイン電極をマスクとして前記不純物半導体膜をエッチング、除去することにより前記半導体能動層上の両側端部上に前記不純物半導体膜からなるオーミックコンタクト層と前記バリアメタル膜とを残存させることを特徴とするものである。
【0024】
本発明の薄膜トランジスタの基本構成において、特にバリアメタル層としてチタンを用いる場合、半導体能動層上のソース電極およびドレイン電極となる部分はチタン/銅の積層構造となる。本出願人は、チタン/銅からなる積層膜の一括エッチングが可能なエッチング剤(具体的には、ペルオキソ一硫酸一水素カリウムとフッ酸とを含有する水溶液、ペルオキソ硫酸塩とフッ酸と塩酸もしくは塩化物とを含有する水溶液、ペルオキソ硫酸塩とフッ化物とを含有する水溶液のいずれか)を発見した。そこで、上では、バリアメタル膜のパターニングと銅膜のパターニングを別工程とする旨を説明したが、この製造プロセスに代えて、本発明にこのエッチング剤を適用すれば、バリアメタル膜のパターニング(正確には、アイランド上のTFTのチャネル領域の上方にあたる領域のバリアメタル膜の除去)とソース電極およびドレイン電極のパターニングが一括してできるとの知見を得た。
【0025】
ただし、このエッチング剤を用いてチタン/銅の積層膜をエッチングする場合、オーミックコンタクト層やゲート絶縁膜上にチタンのエッチング残りが生じ、TFT特性のバラツキや信頼性低下等の原因となる場合がある。その場合、チタンと銅の間にチタン酸化物層が介在したチタン/チタン酸化物層/銅の積層構造とすれば、一括エッチングを行う際の加工均一性が増し、上記の問題が生じる恐れをなくすことができる。
【0026】
さらに、本発明の薄膜トランジスタの基本構成において、前記半導体能動層が、該半導体能動層の前記両側端部において前記ソース電極および前記ドレイン電極と直接接触し、前記半導体能動層の前記両側端部を、前記ゲート電極を前記ゲート絶縁膜に投影した位置から外れた位置に設ける構造とすることが望ましい。
【0027】
本発明の薄膜トランジスタの場合、バリアメタル層がオーミックコンタクト層の上面上に位置する領域にしか存在しないため、半導体能動層の両側端部では半導体能動層とソース電極およびドレイン電極とが直接接触することになる。その場合、この接触点とゲート電極との距離が近いと、ゲート電極からの電界の影響が接触点に及び、TFTのオフ電流が大きくなるという問題を引き起こす。よって、ゲート電極をゲート絶縁膜に投影した位置から外れた箇所に上記接触点を位置させる、すなわち上記接触点をゲート電極の端部から電界が及ばない程度の距離だけ離すことが望ましい。これにより、オフ電流の増大の問題を回避することができる。
【0028】
【発明の実施の形態】
[第1の実施の形態]
以下、本発明の第1の実施の形態を図1ないし図3を参照して説明する。
本実施の形態のTFTおよびその製造方法は、逆スタガ型のTFTにおけるソース/ドレイン電極材料として銅を用いた例であり、製造プロセスを5枚マスクプロセスとした例である。
図1は液晶表示装置において液晶層を挟んで対向する一方の基板であるTFTアレイ基板を示す断面図、図2はその製造プロセスを順を追って示す工程断面図である。
【0029】
このTFT1は、図1に示すように、ガラス基板2上にゲート配線から引き出されたゲート電極3が設けられ、ゲート電極3を覆うようにSiOx またはSiNx からなるゲート絶縁膜4が設けられている。本実施の形態の場合、ゲート配線(電極)材料にはアルミニウムが用いられている。ゲート電極3上方のゲート絶縁膜4上にアモルファスシリコン(a−Si)からなる半導体能動層5が設けられ、リン等のn型不純物を含むアモルファスシリコン(a−Si:n+ )からなるオーミックコンタクト層6を介して半導体能動層5上にはソース配線から引き出されたソース電極7とドレイン電極8が設けられている。
【0030】
ソース配線、ソース電極7およびドレイン電極8は銅により形成されているが、ソース電極7およびドレイン電極8の下面のうち、各オーミックコンタクト層6の上面上に位置する領域にのみバリアメタル層9が設けられている。バリアメタル層9の材料には、チタン、モリブデン、タンタル、クロム、タングステンの中から選ばれる一種の金属、または複数種の金属からなる合金が用いられる。
【0031】
これらソース電極7、ドレイン電極8、ゲート電極3等で構成されるTFT1を覆うSiOx またはSiNx からなるパッシベーション膜10が設けられ、ドレイン電極8上のパッシベーション膜10にコンタクトホール11が設けられている。さらに、このコンタクトホール11を通じてドレイン電極8と電気的に接続されたITOからなる画素電極12が設けられている。
【0032】
上記半導体能動層5の両側端部(側面)では、半導体能動層5とソース電極7およびドレイン電極8とが直接接触している。そして、平面視した際に、半導体能動層5とソース電極7およびドレイン電極8との接触点Cの位置がゲート電極の端部Tから離れた位置に設けられたラージアイランド構造を呈している。接触点Cとゲート電極の端部Tの間の距離は例えば少なくとも2μm程度である。この距離は、フォトリソグラフィー工程でのアライメント精度に制約を受けるものであり、アライメントが最もずれたとしても、ゲート電極の端部Tからの電界が接触点Cに影響を及ぼさない程度の距離に設定される。
【0033】
また、図1における破断線より左側の部分は、表示領域外に位置するゲート配線端部のゲート端子パッド部13の断面構造を示している。これらの図に示すように、ガラス基板2上のゲート配線材料からなる下部パッド層14上にゲート絶縁膜4およびパッシベーション膜10を貫通するコンタクトホール15が設けられ、コンタクトホール15を通じて下部パッド層14と電気的に接続されたITOからなる上部パッド層16が設けられている。
【0034】
上記構成のTFTアレイ基板を製造する際には、まず、図2(a)に示すように、ガラス基板2上にアルミニウム膜(導電膜)を成膜し、これを通常のフォトリソグラフィー工程によりパターニングしてゲート電極3およびゲート配線を形成する。また、ゲート端子パッド部13に下部パッド層14を形成する。
【0035】
次に、図2(b)に示すように、基板全面にSiOx またはSiNx 膜(ゲート絶縁膜4)、a−Si膜(後に半導体能動層5となる)、a−Si:n+ 膜17(不純物半導体膜)、バリアメタル膜18の4層を基板全面に連続して成膜する。この際、1台のCVD装置を用いて基板を大気に触れさせることなく同一真空雰囲気中で連続成膜することもできる。それにはCVD装置に供給する原料ガスを切り換えればよく、SiOx またはSiNx 膜、a−Si膜、a−Si:n+ 膜は従来一般の原料ガスを用い、バリアメタル膜に関してはMOCVD法を用い、例えばモリブデン膜の場合はモリブデンヘキサカーボニル(Mo(CO)6)、クロム膜の場合はクロミウムヘキサカーボニル(Cr(CO)6)、タングステン膜の場合はタングステンヘキサカーボニル(W(CO)6)を用いるとよい。
【0036】
4層成膜後、バリアメタル膜上にフォトレジスト(図示せず)を塗布した後、フォトマスクを用いてフォトレジストを感光、現像してレジストパターンを形成し、このレジストパターンをマスクとして、上記4層のうちバリアメタル膜18、a−Si:n+ 膜17、a−Si膜の3層をエッチングする。このようにして、半導体能動層5、a−Si:n+ 膜17、バリアメタル膜18の3層の積層膜で構成されたアイランド19を形成する。
【0037】
これら各膜のエッチング時にはウェットエッチング、ドライエッチングの双方を用いることができる。ウェットエッチングの場合、SiOx 膜はHFとNH4Fの混合液またはHFとH2Oの混合液、SiNx 膜はHFとNH4Fの混合液または熱H3PO4、a−Si膜およびa−Si:n+ 膜はHFとHNO3の混合液(CH3COOHを含んでも可)、チタン膜はHFとHNO3の混合液、モリブデン膜はHFとHNO3の混合液(CH3COOHを含んでも可)、タンタル膜はHFとHNO3の混合液、クロム膜は(NH4)Ce(NO3)6とHNO3の混合液または(NH4)Ce(NO3)6とHClO4とH2Oの混合液、タングステン膜はHFとHNO3の混合液、を用いることができる。ドライエッチングの場合、SiOx 膜はHFガスまたはCF4ガス(O2を含んでも可)またはCHF3とO2の混合ガス、SiNx 膜はCF4ガス(O2を含んでも可)またはCHF3とO2の混合ガスまたはSF6ガス、a−Si膜およびa−Si:n+ 膜はCF4とO2の混合ガスまたはCCl4とO2の混合ガスまたはSF6ガス、チタン膜はCF4とO2の混合ガス、モリブデン膜はCF4ガス(O2を含んでも可)、タンタル膜はCF4とO2の混合ガス、クロム膜はCCl4ガス(O2を含んでも可)、タングステン膜はCF4ガス(O2を含んでも可)、を用いることができる。
【0038】
次に、図2(c)に示すように、基板全面に銅膜30を成膜し、これをフォトリソグラフィー工程によりパターニングして、ソース配線、ソース電極7およびドレイン電極8を形成する。ここでの銅のエッチャントには、(NH4)2S2O29%、NH4Cl0.5%の水溶液を用いる。次いで、3層が積層されたアイランド19のうち、チャネル領域上のバリアメタル膜18とa−Si:n+ 膜17とをエッチング、除去する。これにより、半導体能動層5の両端のソース領域およびドレイン領域上にオーミックコンタクト層6が形成され、各オーミックコンタクト層6の上面にのみバリアメタル層9が残存した状態となる。
【0039】
次に、図2(d)に示すように、基板全面にSiOx またはSiNx 膜を成膜してパッシベーション膜10とし、これをフォトリソグラフィー工程によりパターニングして、ドレイン電極8上のパッシベーション膜10、およびゲート端子パッド部13の下部パッド層14上のパッシベーション膜10およびゲート絶縁膜4を一部開口し、ドレイン電極8と画素電極12を電気的に接続するためのコンタクトホール11、下部パッド層14と上部パッド層16を電気的に接続するためのコンタクトホール15をそれぞれ形成する。
【0040】
次に、図2(e)に示すように、全面にITO膜を成膜し、これをフォトリソグラフィー工程によりパターニングして、画素電極12とゲート端子パッド部13の上部パッド層16を形成する。このような工程を経て、TFTアレイ基板を作製することができる。そして、このTFTアレイ基板と共通電極を形成した対向基板とを準備し、これら基板間に液晶を封入することによって液晶表示装置を作製することができる。
【0041】
本実施の形態のTFTの製造方法は、ソース/ドレイン電極形成時にバリアメタル層と銅の積層膜を一括してエッチング加工していた従来の場合と異なり、バリアメタル層9はその前のアイランド形成工程で一旦パターニングし、改めて銅膜30を成膜し、銅膜30をパターニングするものである。すなわち、バリアメタルのエッチングと銅のエッチングが別工程となるため、エッチング時の電池反応に起因したバリアメタル層のアンダーカットが生じることがない。その結果、バリアメタル層のアンダーカットにより生じるTFTの特性不良を確実に防止することができる。さらに、バリアメタル層9が存在する部分がオーミックコンタクト層6の形成領域のみであり、ソース配線の部分は銅のみで形成されているため、従来に比べてソース配線の低抵抗化を図ることができる。
【0042】
また、このTFTの製造方法によれば、上述したように、バリアメタルのパターニングと銅のパターニングが別工程となっても、バリアメタル膜18のパターニングがアイランド形成工程において行われ、バリアメタル膜のみ個別でパターニングするわけではないので、従来の製造プロセスと同様、5枚マスクプロセスとなり、使用フォトマスク数が増えずに済む。さらに、4層連続成膜を行うため、これら4層の膜の間に酸化膜が形成されることがなく、TFTの特性に悪影響を及ぼすことがない。また、酸化膜除去工程を省略することができ、工程数の低減を図ることができる。
【0043】
さらに本実施の形態の場合、半導体能動層5とソース電極7およびドレイン電極8との接触点Cの位置がゲート電極の端部Tから例えば2μm程度離れた位置に設けられているため、TFT駆動時のゲート電極の端部Tからの電界が接触点Cに影響を及ぼすことがなく、TFTのオフ電流を抑制することができる。
【0044】
ところで、本発明者らは、下地にバリアメタル層を用いた銅配線の抵抗が製造プロセス中の熱処理(アニール)によってどのように変化するかを調査した。アニール条件は、N2ガス雰囲気、2時間、バリアメタル膜厚は500Å、銅膜厚は1500Åとし、バリアメタルの種類とアニール温度を種々に変えてアニールを行った後、配線のシート抵抗を測定した。その結果を図3に示す。図3において横軸はアニール温度(℃)、縦軸はシート抵抗(Ω/□)であり、「○」はTi(バリアメタル)/Cu、「□」はTiN(バリアメタル)/Cu、「△」はMo(バリアメタル)/Cu、「▽」はCr(バリアメタル)/Cu、「◇」はTiN/Ti(2層バリアメタル)/Cu、の配線構造を示している。
【0045】
図3に示すように、多くの配線構造においては温度600℃までのアニールを経ても、シート抵抗は0.1〜0.2Ω/□の範囲でほとんど変化しない。ところが、バリアメタルがTiの場合のみ、アニール温度が300℃を越えると、シート抵抗が急激に増加する傾向を示す。したがって、特にバリアメタル材料にTiを使った場合には配線形成後に300℃を越えるアニール工程があると、配線抵抗が増加するという不具合がある。しかしながら、本発明のTFT構造によれば、バリアメタルがTFTのオーミックコンタクト層形成領域にしか存在せず、実際の配線部分にはバリアメタルが存在しないため、高温のアニール工程があっても上記のような不具合が生じることなく、配線の低抵抗化が図れることが推定される。
【0046】
[第2の実施の形態]
以下、本発明の第2の実施の形態を図7および図8を参照して説明する。
図7は液晶表示装置において液晶層を挟んで対向する一方の基板であるTFTアレイ基板を示す断面図である。本実施の形態のTFTの構造は第1の実施の形態のTFTの構造とほぼ同様であり、バリアメタル層とソース・ドレイン電極との間に他の層が介在している点が異なるのみである。よって、図7において、図1と共通の構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
図8は製造プロセスを順を追って示す工程断面図である。
【0047】
第1の実施の形態のTFTでは、半導体能動層5上のオーミックコンタクト層6上のみに形成されたバリアメタル層9とソース電極7およびドレイン電極8とが直接接触していた。これに対して、本実施の形態のTFTアレイ基板は、図7に示すように、バリアメタル層9’の材質がチタンであり、オーミックコンタクト層6上にチタンからなるバリアメタル層9’、チタン酸化物層20が順次積層され、その上にソース電極7およびドレイン電極8が形成されている。したがって、オーミックコンタクト層6上は、チタン/チタン酸化物/銅の積層構造となっている。
【0048】
次に、本実施の形態のTFTアレイ基板の製造方法について説明する。
まず、図8(a)に示すように、ガラス基板2上にアルミニウム膜(導電膜)を成膜し、これを通常のフォトリソグラフィー工程によりパターニングしてゲート電極3およびゲート配線を形成する。この工程は第1の実施の形態と同様である。
【0049】
次に、図8(b)に示すように、基板全面にSiOx またはSiNx 膜(ゲート絶縁膜4)、a−Si膜(後に半導体能動層5となる)、a−Si:n+ 膜17(不純物半導体膜)、チタンからなるバリアメタル膜18’、チタン酸化物層20の5層を基板全面に成膜する。成膜方法は第1の実施の形態と同様でよい。なお、チタン酸化物層20は、チタン膜表面に大気中で200W/cm2程度の紫外線を1分間以上、数分間程度照射することにより形成する。
【0050】
5層成膜後、チタン酸化物層20上にレジストパターンを形成し、このレジストパターンをマスクとして、上記5層のうち、チタン酸化物層20、バリアメタル膜18’、a−Si:n+ 膜17、a−Si膜の4層をエッチングする。このようにして、半導体能動層5、a−Si:n+ 膜17、バリアメタル膜18’、チタン酸化物層20の4層の積層膜で構成されたアイランド19を形成する。
【0051】
これら各膜のエッチングには、第1の実施の形態と同様、ウェットエッチング、ドライエッチングの双方を用いることができる。第1の実施の形態では用いられていないチタン酸化物層20は、チタン膜と同様のエッチング法により加工することができる。
【0052】
次に、図8(c)に示すように、基板全面に銅膜30を成膜し、銅膜30上に形成したレジストパターンをマスクとしたウェットエッチングを行い、ソース配線、ソース電極7およびドレイン電極8を形成する。ここでのエッチング剤としては、ペルオキソ一硫酸一水素カリウムとフッ酸とを含有する水溶液、ペルオキソ硫酸塩とフッ酸と塩酸もしくは塩化物とを含有する水溶液、ペルオキソ硫酸塩とフッ化物とを含有する水溶液のいずれかを用いる。これらのエッチング剤を用いると、銅膜30、チタン酸化物層20、チタンからなるバリアメタル膜18’の3層を一括してエッチングすることができる。したがって、ソース電極7およびドレイン電極8のパターニングと、ソース電極7、ドレイン電極8間のチャネル領域上方に位置するチタン酸化物層20およびバリアメタル膜18’の除去を同時に行うことができる。
【0053】
次に、図8(d)に示すように、ソース電極7、ドレイン電極8間のチャネル領域上方に位置するa−Si:n+ 膜17をエッチングにより除去し、a−Si:n+ 膜17からなるオーミックコンタクト層6を形成する。その後は、第1の実施の形態と同様、パッシベーション膜10の成膜、コンタクトホール11、15を形成する。
【0054】
最後に、図8(e)に示すように、ITO膜の成膜およびパターニングにより画素電極12、上部パッド層16等を形成し、TFTアレイ基板が完成する。
【0055】
本実施の形態においては、チタン/銅からなる積層膜の一括エッチングが可能なペルオキソ一硫酸一水素カリウムとフッ酸とを含有する水溶液、ペルオキソ硫酸塩とフッ酸と塩酸もしくは塩化物とを含有する水溶液、ペルオキソ硫酸塩とフッ化物とを含有する水溶液等のエッチング剤を用いたことにより、バリアメタル膜のパターニングとソース電極およびドレイン電極のパターニングを一括して行うことができる。この際、銅膜30とバリアメタル膜18’との間にチタン酸化物層20を介在させた構造としたので、一括エッチングを行う際の加工均一性が増し、チタンからなるバリアメタル膜18’のエッチング残りに伴うTFT特性のバラツキ、信頼性低下等の問題が生じる恐れをなくすことができる。
【0056】
なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えばTFTを構成する各膜の材料については、上記実施の形態で用いたもの以外にも適宜選択することができる。例えば半導体能動層にアモルファスシリコン成膜後にレーザアニールを施すことにより多結晶シリコンとしたり、ゲート電極材料にもAl以外の金属を用いることができる。また、製造プロセスにおける種々の工程の処理条件等についても適宜選択が可能である。
【0057】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、ソース/ドレイン形成工程でバリアメタル層のアンダーカットが生じることがないため、バリアメタル層のアンダーカットにより生じるTFTの特性不良を防止することができる。さらに、バリアメタル層が存在する部分がオーミックコンタクト層の形成領域のみであり、ソース配線の部分は銅のみで形成されているため、従来に比べてソース配線の低抵抗化を図ることができる。特にバリアメタル層の材料にチタンを用いる場合、銅膜とチタン膜との間にチタン酸化物層を介在させた構造とすれば、一括エッチングを行う際の加工均一性が増し、チタンのエッチング残りに伴うTFT特性のバラツキ、信頼性低下等の問題が生じる恐れをなくすことができる。さらに、ゲート電極上から外れた箇所に半導体能動層とソース電極およびドレイン電極との接触点を位置させると、オフ電流の増大の問題を回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1の実施の形態であるTFTアレイ基板の構造を示す断面図である。
【図2】 同、TFTアレイ基板の製造方法を順を追って示す工程断面図である。
【図3】 下地にバリアメタル層を用いた銅配線のシート抵抗とアニール温度との相関を示すグラフである。
【図4】 従来のTFTアレイ基板の構造の一例を示す断面図である。
【図5】 同、TFTアレイ基板の製造方法を順を追って示す工程断面図である。
【図6】 同、TFTアレイ基板の平面図である。
【図7】 本発明の第2の実施の形態であるTFTアレイ基板の構造を示す断面図である。
【図8】 同、TFTアレイ基板の製造方法を順を追って示す工程断面図である。
【符号の説明】
1 TFT(薄膜トランジスタ)
2 ガラス基板
3 ゲート電極
4 ゲート絶縁膜
5 半導体能動層
6 オーミックコンタクト層
7 ソース電極
8 ドレイン電極
9,9’ バリアメタル層
18,18’ バリアメタル膜
19 アイランド
20 チタン酸化物層
30 銅膜
Claims (5)
- 基板上に設けられたゲート電極と、該ゲート電極を覆うよう設けられたゲート絶縁膜と、該ゲート絶縁膜上に前記ゲート電極に対向して設けられた半導体能動層と、該半導体能動層の両側端部上に離間してそれぞれ設けられた不純物半導体層からなるオーミックコンタクト層と、該各々のオーミックコンタクト層を介して前記半導体能動層にそれぞれ電気的に接続されたソース電極およびドレイン電極とを有し、前記ソース電極および前記ドレイン電極が銅により形成され、これらソース電極およびドレイン電極の下面のうち、前記各オーミックコンタクト層の上面上に位置する領域にのみ設けられたチタンからなるバリアメタル層と、前記ソース電極および前記ドレイン電極と前記バリアメタル層との間に、チタン酸化物層を有していることを特徴とする薄膜トランジスタ。
- 基板上に導電膜を成膜しこれをパターニングすることによりゲート電極を形成する段階と、
該ゲート電極を覆うゲート絶縁膜、半導体膜、不純物を添加した不純物半導体膜、およびチタンからなるバリアメタル膜を順次成膜する段階と、
前記バリアメタル膜上にチタン酸化物層を形成する段階と、
前記チタン酸化物層、前記バリアメタル膜、前記不純物半導体膜、および前記半導体膜をパターニングすることにより前記半導体膜からなる半導体能動層、前記不純物半導体膜、および前記バリアメタル膜が積層されてなるアイランドを形成する段階と、
該アイランドおよび前記ゲート絶縁膜を覆う銅膜を成膜しこれをパターニングすることにより前記アイランド上から前記ゲート絶縁膜上にわたって延在するソース電極およびドレイン電極を形成する段階と、
前記ソース電極およびドレイン電極をマスクとして前記バリアメタル膜および前記不純物半導体膜をエッチング、除去することにより前記半導体能動層上の両側端部上に前記不純物半導体膜からなるオーミックコンタクト層と前記バリアメタル膜とを残存させる段階を含むことを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。 - 前記ゲート絶縁膜、前記半導体膜、前記不純物半導体膜、および前記バリアメタル膜の成膜を、大気に接触させることなく連続的に行うことを特徴とする請求項2記載の薄膜トランジスタの製造方法。
- 前記半導体能動層が、該半導体能動層の前記両側端部において前記ソース電極および前記ドレイン電極と直接接触しており、前記半導体能動層の前記両側端部が、前記ゲート電極を前記ゲート絶縁膜に投影した位置から外れた位置に設けられていることを特徴とする請求項1記載の薄膜トランジスタ。
- 基板上に導電膜を成膜しこれをパターニングすることによりゲート電極を形成する段階と、
該ゲート電極を覆うゲート絶縁膜、半導体膜、不純物を添加した不純物半導体膜、およびチタンからなるバリアメタル膜を順次成膜する段階と、
前記バリアメタル膜、前記不純物半導体膜、および前記半導体膜をパターニングすることにより前記半導体膜からなる半導体能動層、前記不純物半導体膜、および前記バリアメタル膜が積層されてなるアイランドを形成する段階と、
該アイランドおよび前記ゲート絶縁膜を覆う銅膜を成膜し該銅膜と前記バリアメタル膜とを同一のエッチング剤を用いてパターニングすることにより前記アイランド上から前記ゲート絶縁膜上にわたって延在するソース電極およびドレイン電極を形成する段階と、
前記ソース電極およびドレイン電極をマスクとして前記不純物半導体膜をエッチング、除去することにより前記半導体能動層上の両側端部上に前記不純物半導体膜からなるオーミックコンタクト層と前記バリアメタル膜とを残存させる段階を含むことを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
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